Как замерить степень сжатия двигателя?

Как рассчитать и изменить степень сжатия двигателя

Одним из главнейших технических показателей автомобильного мотора является коэффициент сжатия. Он показывает соотношение разницы между объёмом свободного участка над цилиндровым поршнем и под ним в крайних его положениях.

Что такое степень сжатия двигателя

Условно величину сжатия представляют и как соотношение давлений в устройстве при подаче горючего и взрыве смеси. Конкретно эта степень обусловлена конструкцией автомобильного двигателя, и может быть высокой или низкой.

Перед непосредственным процессом воспламенения горючей смеси, поршни сжимают топливо до определённого объёма. Инженеры способны варьировать этот показатель, рассчитывая его ещё на стадии проектирования. Узнав количественное соотношение данной величины к объёму камеры сгорания, можно делать различные выводы.

На бензиновых силовых установках показатель сжатия достигает максимум 12 единиц. Чем выше здесь степень сжатия двигателя или ССД, тем больше удельная мощность мотора. Однако при сильном увеличении данного показателя снижается ресурс агрегата, особенно при заправке низкосортным бензином. На дизельных моторах, ввиду их технических отличий, она может варьироваться от 14 до 18 единиц.

В бензиновые двигатели с увеличенной до 12 единиц степенью сжатия нельзя лить ничего, кроме АИ-98 Премиум. Очевидно, что это существенно удорожает расходы на топливо.

На что она влияет

ССД непосредственно определяет объём работы, произведённой ДВС. Чем изначально выше рассчитана степень сжатия, тем продуктивнее будет воспламенение. Пропорционально увеличится и отдача мотора. Вспомним, как разработчики в 90-е годы старались повышать этот показатель, полностью не модернизируя двигатель. Таким способом они конкурировали между собой, делая агрегаты мощнее, и не затрачивая при этом много средств. Но что самое интересное — моторы в этом случае не потребляли больше горючего, а даже становились экономнее.

Однако всему есть предел, и как было сказано выше, чересчур высокий коэффициент приводит к снижению ресурса ДВС. Почему это происходит? Дело в том, что при значительном сжатии топливная смесь начинает самопроизвольно детонировать, взрываться. Особенно это затрагивает агрегаты на бензине, поэтому здесь данный коэффициент имеет строгое ограничение.

Помните, что применение низкооктанового топлива становится причиной детонации на агрегатах с повышенной ССД. И наоборот, высокооктановое горючее может не позволять двигателю полностью раскрываться, если будет использовано в агрегатах с низким коэффициентом сжатия. По этой причине оба параметра должны соответствовать. Подробнее в таблице ниже.

Отличие степени сжатия от компрессии

Степень сжатия двигателя не является компрессией. Они полностью различаются, хотя многие их путают. Коэффициент, о котором идёт речь в статье, не раскрывает значение оптимального давления ТВС перед возгоранием. Измеряется ССД лишь относительно, в соотношении к единице объёма камеры.

Под компрессией принято понимать предельное значение сжатия, образуемого в камере сгорания, на конечном этапе давления горючей смеси. Данная величина априори не может быть относительной, поэтому её измеряют в абсолютных значениях — атм, кг/см2, бар.

Степень сжатия и компрессия неразрывно связаны, но не идентичны. Показатель компрессии зависит не только от сжатия. На него оказывает влияние температура ДВС, наличие зазоров в приводных клапанах, состав топлива и многое другое.

Расчет коэффициента сжатия

Ввиду того, что желательно увеличивать степень сжатия до определённого значения, необходимо уметь рассчитывать этот показатель. К тому же это даст возможность избежать детонационных моментов, разрушающих силовой агрегат изнутри в процессе форсирования.

Таким образом, необходимость в измерении этого показателя требуется в таких случаях, как:

  • форсировка мотора;
  • подгонка под топливо с другим АИ или для метанового топлива с октановым числом 120;
  • послеремонтная корректировка.

Турбированные моторы

На турбомоторах расчёт коэффициента сжатия отличается. Это объясняется наличием наддува воздуха. Поэтому в этом случае величину, полученную в ходе вычислений, умножают на показатель турбокомпрессора.

Кроме того, при вычислении степени сжатия турбированных моторов учитывается не только давление наддува, но и показатель эффективного сжатия, климатические изменения и многое другое. В данном случае процесс значительно усложняется по сравнению с измерениями на атмосферном двигателе.

Пример подсчета

Вот как выглядит общепринятая расчётная формула для автомобильного ДВС: «ССД = (РО+ОКС)/ОКС». Степень сжатия здесь отмечена как «ССД», рабочий объём цилиндра — «РО», а объём камеры сгорания — «ОКС».

Для расчёта «РО» нужно в первую очередь разложить единый объём двигателя или литраж на количество используемых цилиндров. К примеру, литраж мотора «четвёрки» — 1997 см3. Для определения ёмкости одного цилиндра, надо 1997 разделить на 4. Получится около 499 см3.

Для вычисления параметра «ОКС» специалисты пользуются проградуированной в см3 трубкой или пипеткой. Под камерой подразумевается место, где непосредственно происходит возгорание горючего. Камеру заправляют, а затем измеряют объём с помощью жидкостной бюретки. Если нет градуированной трубочки, можно жидкость выкачать с помощью шприца, а затем измерить в мерной посуде или на весах. В этом случае желательно для расчёта использовать не бензин или солярку, а чистую воду, так как её удельный вес более соотносим к объёму в см3.

Внимание! Для точного измерения «ОКС» дополнительно приплюсовывается объём толщины прокладки ГБЦ, учитывается форма днища поршней и другие особенности. Поэтому расчёт этой величины рекомендуется доверить специалистам.

Как увеличить степень сжатия двигателя

Если необходимо увеличить данный показатель, используют несколько способов:

  • расточка блока и установка поршней с большим диаметром;
  • уменьшение объёма камеры сгорания путём удаления слоя металла в месте соединения ГБЦ.

Нельзя забывать, что в некоторых случаях потребуется инсталляция модернизированных поршней. Это делается, чтобы исключить такое нежелательное последствие, как встреча поршней с клапанами. В частности, на элементах увеличивают выемки клапанов. Также в обязательном порядке корректируются заново фазы газораспределения.

Интересно, что лучше всех раскрыли потенциал степени сжатия ДВС японские производители. В то время как европейские автокомпании пошли путём усовершенствования гибридных моторов, японцам удалось увеличить ССД до 14 единиц и на бензиновых силовых агрегатах, применив изменяемую величину. Но как это возможно без детонационных моментов? Всё оказалось просто. Оказывается, нужно охладить камеру, где происходит возгорание. Тогда можно будет без опасения сжимать смесь. И вовсе не обязательно для этого использовать прохладный воздух: достаточно модернизировать систему выпуска.

Приём, давно известный ещё по гоночным движкам. Выпускные каналы меняются согласно схеме 4-2-1. Порции выхлопных газов здесь не мешаются, поочерёдно вылетают в трубу. Благодаря такой чёткой системе выхлопа, улучшается продувка цилиндров, где остаётся меньше горячих газов.

Секрет японской формулы, согласно которой можно без опаски сжимать горючую смесь, имеет строго математическое соотношение. Так, если процент выхлопа снизить в 2 раза, ССД можно поднимать на 3 единицы, но не больше. Если же при этом ещё и охлаждать воздух, поступающий в цилиндры, можно приплюсовать ещё одну единицу.

Однако для реализации данного метода нужно будет еще модернизировать газообмен, раскошелившись на фазовращатели обоих распредвалов. Вдобавок потребуется доработать некоторые моменты. К примеру, изменить длину поршневого хода посредством компьютерного вмешательства.

Применяется система изменяемого коэффициента на многих японских движках, например, для Inflniti. Способность автоматически менять этот показатель сжатия в зависимости от нагрузки позволяет значительно повышать КПД мотора, особенно турбированного. Каждая порция смеси сгорает при оптимальном на данный момент работы сжатии. Так, если нагрузки на мотор незначительные и смесь обеднённая, включается максимальное сжатие. И наоборот, в нагруженном режиме задействуется минимальная степень, так как бензина впрыскивается много и возможна детонация.

Таким образом, передовая система изменения ССД позволяет вдвое уменьшать литраж мотора, сохраняя при этом мощность и динамические характеристики.

Курс на увеличение степени сжатия двигателя наблюдался и в середине 20 века в США. Основная масса американских двигателей, выпущенных в 70-е годы, находилась в пределах 11-13 единиц. Но работали они только на очень качественном, высокооктановом топливе, получаемом путём этилирования. После того как этилирование запретили, в серийных образцах ДВС наблюдалось снижение показателя сжатия.

Важно знать, что прирост мощности будет наиболее заметен на двигателях, штатно работающих на низкой степени сжатия. Например, моторы с показателем 8 единиц, доведённые до 10, выдадут больше мощности, чем агрегаты со стоковым параметром 11 единиц, форсированные до 12.

Дефорсирование ДВС: для чего нужно и как осуществить

Иногда бывает необходимо уменьшить показатель сжатия. В этом случае устанавливается дополнительная металлическая прокладка ГБЦ. Можно использовать две прокладки вместо одной, тем самым утолщая промежуток — объём камеры растёт за счёт высоты головки блока. Более сложный способ подразумевает укорочение поршня — удаление верхнего слоя на токарном станке.

Дефорсирование двигателя, как правило, процедура вынужденная. В том числе это делается для снижения налоговых выплат или в целях увеличения ресурса агрегата. Как известно, моторы с низкой степенью сжатия дольше работают, меньше подвержены износу. Однако любой такой процесс усложняется законом, чтобы недобросовестные владельцы искусственно не занижали технические данные.

Что касается снижения показателя сжатия на турбированных моторах, то здесь потребуется модернизация системы электрики с датчиками, всей поршневой группы и форсунок, если это дизельный агрегат.

В отдельных случаях дефорсированию предпочитают свап, когда менее мощный контрактный мотор устанавливают вместо штатного.

Степень сжатия двигателей: величина, измерение, повышение мощности

Читатели журнала Биргалеев из г. Салавата и Филичев из г. Удомля Калининской обл. спрашивают, что такое степень сжатия, как ее замерить на двухтактном моторе, какова величина степени сжатия современных двигателей и как рассчитать, насколько нужно подрезать головку блока для повышения мощности мотора? Аналогичные вопросы задают и другие читатели.

Эффективная мощность реального двигателя кроме других параметров определяется величиной термического КПД ηt, который находится в прямой зависимости от степени сжатия ε. Как видно из графика, с повышением ε растет и ηt, а следовательно, и мощность на валу двигателя.

Степень сжатия (ее называют также геометрической) — это отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания.

где ε — степень сжатия; Va — полный объем цилиндра, см 3 ; Vh — рабочий объем цилиндра, см 3 ; Vc — объем камеры сгорания, см 3 .

В литературе по ДВС для двухтактных двигателей кроме геометрической степени сжатия (или просто степени сжатия), определяемой по вышеприведенной формуле, введено понятие действительной (фактической, истинной) степени сжатия εд. При ее определении учитывается, что сжатие не начинается до тех пор; пока поршень не перекроет выпускное окно. Следовательно, действительная степень сжатия всегда меньше геометрической.

Действительная степень сжатия определяется по формуле:

где А — высота выпускного окна, см; D — диаметр цилиндра, см; S — ход поршня, см.

D = 50 мм = 5 см; S = 44 мм = 4,4 см; ε = 6,0; Vc = 17,2 см 3 ; А = 23 мм = 2,3 см.

Читайте также  Как определить попадание антифриза в двигатель?

Необходимо отметить, что для четырехтактных двигателей при определении действительной степени сжатия можно было бы считать потерянным объем, описываемый поршнем за время, в течение которого открыт выпускной клапан при рабочем ходе плюс объем, описываемый поршнем при закрытом впускном клапане при сжатии. Однако для упрощения оценки и расчетов как двухтактных, так и четырехтактных двигателей принято рассматривать геометрическую степень сжатия, т. е. отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания.

При пользовании технической литературой по двухтактным ДВС (книги, журналы, каталоги и проспекты) необходимо учитывать, что в Японии принято приводить действительную степень сжатия, а в Европе — геометрическую.

Отечественные серийные двигатели имеют, как правило, низкую степень сжатия (ε = 6,0÷7,0 для двухтактных и 6,0÷6,5 для четырехтактных). Это объясняется тем, что большинство подвесных моторов создавалось много лет назад и рассчитано на использование бензинов с низким октановым числом.

Современные двухтактные двигатели имеют ε = 7,0÷12,0 (меньшие значения ε у двигателей с объемом одного цилиндра 350 см 3 , а большие — с объемом около 50 см 3 ).

Для современных четырехтактных двигателей ε = 8,0÷10,5 (при цилиндровом объеме 600÷50 см 3 соответственно). Применение высокой степени сжатия требует топлива с октановым числом, равным 88—98 единицам.

Степень сжатия повышают для увеличения мощности и уменьшения расхода топлива. Однако увеличивать ее можно только до определенного предела, который ограничивается появлением детонации — чрезвычайно быстрого, в виде взрыва, сгорания рабочей смеси со скоростью распространения пламени 2000÷2500 м/с (при нормальном сгорании эта скорость составляет всего 20÷40 м/с). Детонация сопровождается резким (ударным) повышением давления, передающимся на все детали кривошипно-шатунного механизма, перегревом поршня и клапанов, потерей мощности и появлением черного дыма из выхлопной системы. Сильная детонация приводит к разрушению поршня.

Чем выше степень сжатия и ниже октановое число применяемого бензина, тем более вероятна детонация при прочих равных условиях. Детонации подвержены высокооборотные двигатели с большим диаметром цилиндров, с большим коэффициентом избытка воздуха а в рабочей смеси (наиболее склонна к детонации смесь при α = 0,85÷0,95; увеличение остаточных газов снижает склонность к детонации). Детонация возможна при большом давлении смеси в начале сжатия, поэтому при использовании наддува степень сжатия обычно снижают. На антидетонационные свойства двигателя влияют форма камеры сгорания и расположение свечи зажигания — чем меньше путь пламени от электродов свечи до самой удаленной точки камеры сгорания, тем меньше склонность двигателя к детонации. Поэтому для форсировки путем повышения степени сжатия наиболее подходят двигатели с полусферической камерой сгорания и со свечой, расположенной в ее центре.

У двухтактного двигателя сжатие рабочей смеси происходит не только в надпоршневом пространстве, но и в картере при движении поршня от ВМТ к НМТ. Обычно давление в картере не превышает 1,5 кгс/см 2 . Оно зависит от степени сжатия в картере εк, т. е. от отношения полного объема картера Vк при нахождении поршня в ВМТ к объему картера при положении поршня в НМТ.

где Vh — рабочий объем цилиндра, см 3 .

Величина εк обычно находится в пределах 1,29÷1,40 (меньшее значение относится к гоночным двигателям, а большее — к серийным, коммерческим).

При работе с конкретным двигателем рабочий объем определяют расчетным способом по формуле:

Объем камеры сгорания, ввиду ее сложной формы, быстрее и точнее определяется следующим способом. Поршень устанавливается в ВМТ. Из мензурки (или другой емкости с делениями) в цилиндр заливается через свечное отверстие (до середины его высоты) моторное масло, слегка разведенное бензином. Количество вылитого масла и будет равно объему камеры сгорания.

Степень сжатия двухтактного двигателя с полусферической камерой сгорания можно повысить до 8,5÷9,0, но при этом придется применять топливо с октановым числом 93 и выше. При форсировке методом повышения сжатия неизбежно возрастают среднее эффективное давление в цилиндрах и соответственно силы, действующие на все детали цилиндро-поршневой группы и кривошипно-шатунного механизма. Возрастает частота вращения коленвала. Эти причины неизбежно вызывают уменьшение моторесурса и снижение надежности двигателя.

Пример расчета для определения величины подрезки головки блока. Имеется двигатель с параметрами D = 5 см; S = 4,4 см; Vc = 17,2 см 3 ; ε = 6,5 (первоначальная степень сжатия). Требуется увеличить ее до εt = 8,5.

Рабочий объем цилиндра:

Определим, какой объем камеры сгорания необходимо обеспечить:

Разница объемов камер сгорания серийного и форсированного двигателей составит:

Определим толщину слоя металла, снимаемого с торца головки блока цилиндров:

Испытали 7 приборов для оценки компрессии мотора

Термин «компрессия», вообще говоря, не совсем профессиональный — правильнее говорить о давлении в конце такта сжатия. Однако «компрессия» настолько прочно вошла в наш лексикон, что в дальнейшем мы будем использовать именно это слово.

Чем компрессия отличается от степени сжатия?

Всем! Компрессия — это давление, которое создается в цилиндре при выключенном зажигании (или при отключенной подаче топлива у дизеля) при положении поршня в верхней мертвой точке. Компрессия зависит от множества параметров: давления начала сжатия, фаз газораспределения, температуры, при которой проводится замер, и собственно изношенности деталей двигателя. Компрессия — это показатель реального здоровья мотора, которое с возрастом ухудшается.

А вот степень сжатия с годами не меняется. Это — безразмерный параметр, заложенный конструктором мотора. Он характеризует геометрию цилиндра, точнее — отношение его полного объема к объему камеры сжатия. Очевидно, что компрессия от степени сжатия зависит, а степень сжатия от компрессии — нет!

Камера сжатия или камера сгорания?

Речь об одном и том же: имеется в виду объем пространства над поршнем при его положении в верхней мертвой точке (ВМТ). Иногда его еще называют объемом конца сжатия. Термин «камера сгорания» не совсем корректен, поскольку сгорание топлива происходит почти во всем объеме цилиндра.

Если компрессия низкая…

Если компрессия понизилась, мотор будет хуже пускаться. Особенно это заметно на дизелях, где от давления и температуры конца сжатия зависит, воспламенится ли дизтопливо или нет.

В бензиновых моторах при пониженной компрессии топливо, попадающее в цилиндр, начинает хуже испаряться, оставаясь в виде негорючих капель. Увеличивается давление картерных газов — при этом растет токсичность, а камера сжатия ускоренно загрязняется. А если компрессия стала неравномерной по цилиндрам, мотор может начать вибрировать, особенно на оборотах холостого хода.

Как и чем измерить компрессию

Для измерения необходим компрессометр — прибор, который измеряет давление рабочей смеси по окончанию сжатия в цилиндре. Для экспертизы мы купили семь инструментов аналогичного назначения, но к ним вернемся чуть позже — предварительно надо подготовить мотор к замерам.

Аккумуляторная батарея должна быть полностью заряжена. Проверку проводим на двигателе, прогретом до рабочей температуры. Пока будем готовиться к тесту, температура немного упадет, но она не должна быть ниже 50–60 °C. Во избежание смывания масляной пленки со стенок цилиндров желательно отключить подачу топлива. Для этого рассоединяем либо общий разъем жгута форсунок, либо разъемы от каждой форсунки.

Затем отсоединяем колодку проводов от модуля зажигания или индивидуальных катушек зажигания. Подготовив доступ и очистив углубления в головке блока цилиндров вокруг свечей, выворачиваем все свечи. Если не очистите, то не удивляйтесь, если компрессия вскоре упадет: песок, попавший в цилиндры, быстро угробит их.

Необходимо обеспечить свободный проход воздуха в цилиндры. Для этого на автомобилях с тросовым приводом дроссельной заслонки достаточно нажать педаль газа до пола. А вот с электронным приводом желательно убедиться, открывается ли заслонка при включенном зажигании, нажатии акселератора и прокрутке стартером. Для этого придется отсоединить патрубок, подводящий воздух к дроссельному узлу от воздушного фильтра. Если заслонка не открывается, надо демонтировать дроссельный узел. Второй вариант — на свой страх и риск, отключив электрический разъем от дроссельного узла, попробовать очень аккуратно повернуть заслонку пальцем до полного открытия. Она подпружинена, а потому ее придется удерживать во время всех замеров.

Для замеров вставляем или вворачиваем наконечник компрессометра в свечное отверстие. Стартером проворачиваем двигатель до тех пор, пока показания на манометре не перестанут расти. Фиксируем результат и сбрасываем давление в компрессометре.

Как оценивать результаты

Компрессия исправного бензинового двигателя должна находиться в пределах 11–14 бар, при этом разность показаний по цилиндрам не должна превышать 1 бара.

Для выяснения причин низкой компрессии заливаем в цилиндр через свечное отверстие 5–10 см³ моторного масла и повторяем измерение. Если компрессия возросла более, чем на пару бар, скорее всего, налицо износ, залегание или поломка поршневых колец. Если же показания не выросли, то, вероятно, клапаны неплотно прилегают к седлам. Такое происходит при нарушении тепловых зазоров в их приводе, а также при износе, прогаре или повреждении тарелок или седел клапанов.

Почему величина компрессии отличается от степени сжатия?

У двигателя с минимальными утечками по поршневым кольцам и герметичными клапанами компрессия выше геометрической степени сжатия потому, что воздух в цилиндре при сжатии подогревается — при этом дополнительно увеличивается его давление. А низкая компрессия может быть при значительных утечках.

Откуда берётся и куда исчезает компрессия в двигателе

Работа двигателя внутреннего сгорания происходит за счёт расширения нагревающейся при горении смеси.

Чтобы это расширение происходило с большей энергией, топливно-воздушную смесь в цилиндре нужно предварительно сжать.

Теоретическую величину, на которую мы сжимаем смесь в цилиндре, характеризует степень сжатия — отношение полного объёма цилиндра, при котором поршень находится в нижней точке своего движения, к минимальному его объёму, когда поршень поднялся до верхней точки.

Это в теории. А на практике не вся топливно-воздушная смесь, попавшая в цилиндр, сожмётся поднимающимся поршнем: часть её вытолкнется обратно во впускной коллектор, а часть может просочиться в зазор между поршневыми кольцами и стенкой цилиндра.

Проверить, насколько эффективно наш конкретный двигатель выполняет работу по сжатию горючей смеси, мы можем, измерив его компрессию.

Степень сжатия и компрессия: в чём отличие

Компрессия — это значение максимального давления топливно-воздушной смеси в цилиндре двигателя.

Очевидно, что чем выше степень сжатия, тем выше и нормальные значения компрессии.

Но интересно то, что в исправном двигателе значения компрессии всегда больше, чем степень сжатия.

Это происходит оттого, что при сжатии газы внутри цилиндра нагреваются, а при нагревании растёт и их давление.

Так, для двигателей ВАЗ степень сжатия равна 9,6:1, а компрессия 11–13 бар (или привычных нам «атмосфер», выраженных в кгс/см 2 ).

В среднем, компрессия выше степени сжатия в 1,2 раза на бензиновых двигателях, и в 1,8 раза — на дизельных.

Читайте также  Как почистить турбину дизельного двигателя?

Больше не всегда лучше

Почему нельзя увеличить степень сжатия и тем самым поднять мощность двигателя?

Потому что из-за того самого нагрева при сжатии топливно-воздушная смесь может воспламениться самопроизвольно раньше, чем поршень приблизится к верхней точке своего движения (специалисты называют её «верхней мёртвой точкой» — ВМТ), и встречный удар расширяющихся при горении газов будет препятствовать правильному движению поршня и приводить к разрушению деталей кривошипно-шатунного механизма.

Степень сжатия определяется, как отношение полного объема цилиндра (Va) к объему камеры сгорания (Vc)

Дизель может больше

Чтобы избежать описанной выше неприятности, гениальный немецкий инженер Рудольф Дизель придумал сжимать чистый воздух, а не его смесь с топливом, а топливо впрыскивать непосредственно в цилиндр в конце хода сжатия.

В этот момент температура в цилиндре, наоборот, должна быть гарантированно выше температуры воспламенения смеси, что не просто позволяет, а требует даже увеличения степени сжатия.

Поэтому нормальные значения компрессии для дизельных двигателей превышают 25–30 кгс/см 2 .

В этих двигателях верхние значения степени сжатия (и, соответственно, компрессии) ограничиваются, по сути, только прочностью деталей двигателя, ведь расширяясь с большей силой, горючие газы настолько же сильнее нагружают их. Этим и объясняется более жёсткая работа дизельного двигателя.

Первый работоспособный двигатель Дизеля имел мощность менее 20 лошадиных сил при 172 оборотах в минуту, при этом он весил около пяти тонн и достигал в высоту трёх метров. Его КПД составил 26,2%. Для 1897 года это был великолепный результат!

Зачем измерять компрессию

Почему так важно знать реальные значения компрессии в двигателе? Всё просто — чем ближе к норме компрессия, тем лучше состояние двигателя: меньше зазоры между поршневыми кольцами и стенкой цилиндра, лучше прилегание клапанов к седлу, правильно отрегулирован момент закрывания впускного клапана.

Измерять компрессию имеет смысл, когда вы заметили один из следующих симптомов:

  • снижение мощности двигателя (снижение тяги, увеличение времени разгона);
  • повышенный расход масла;
  • перебои в работе двигателя (если замена свечей и проверка катушек ничего не дала);
  • повышенный расход топлива.

На номинальную величину компрессии в той или иной конструкции двигателя оказывают влияние самые разные факторы, поэтому точное значение и допускаемые отклонения уточняйте в руководстве по ремонту своего автомобиля.

Измерение компрессии в цилиндрах поможет своевременно выявить неисправность

Чем можно измерить величину показателя

Измеряют компрессию специальными манометрами (компрессометрами).

При выборе нужного вам прибора обращайте внимание на следующие характеристики:

  • для какого двигателя, дизельного или бензинового, он предназначен — это также можно определить по диапазону измерений, указанному на шкале прибора;
  • способ соединения наконечника прибора с отверстием в цилиндре — так называемые прижимные наконечники не требуют ввинчивания в отверстие и поэтому позволяют выполнить измерения гораздо быстрее, чем резьбовые, но требуют участия помощника, который будет включать стартер, прокручивая двигатель, когда вы плотно прижимаете наконечник компрессометра к свечному отверстию в головке двигателя;
  • наличие подходящей резьбы на наконечнике (или на переходнике), если вы будете выполнять работу в одиночку;
  • наличие гибкого шланга достаточной длины, в случае когда прямой доступ к отверстиям для свечей зажигания затруднён.

Компрессометр выбирается, исходя из типа двигателя и способа соединения наконечника прибора с отверстием в цилиндре

Как правильно измерять

Как правильно выполнить измерения? Для этого нужно прогреть двигатель до рабочей температуры (80–90 градусов по Цельсию).

Если двигатель не заводится, то измерять компрессию можно и вхолодную.

При этом нужно учитывать, что измеренные значения будут ниже, и практическую ценность для оценки состояния двигателя будет иметь уже не величина компрессии, а различия её для разных цилиндров.

Затем выворачиваются свечи зажигания сразу из всех цилиндров двигателя.

Это нужно, для того, чтобы незадействованные в конкретном измерении цилиндры не создавали дополнительного сопротивления при проворачивании коленвала.

Свечные колодцы современных двигателей часто бывают глубокими и труднодоступными. Чтобы не повредить резьбу в головке двигателя при завинчивании свечи «вслепую», бывалые ремонтники рекомендуют использовать кусок резинового шланга, который надевается на изолятор свечи. Вращая свечу вручную через шланг, вы не сможете приложить больших усилий, при этом свеча легко устанавливается в самый глубокий и узкий колодец. Окончательную затяжку, конечно, нужно производить специальным ключом.

Высоковольтные провода нужно обязательно промаркировать, чтобы не перепутать их при установке свечей обратно. В целях безопасности отсоедините провода первичной цепи от катушек зажигания.

Отключите систему питания, сняв предохранитель топливного насоса, если он электрический, или отсоединив топливный шланг, чтобы избежать впрыска топлива в цилиндры во время проверки.

Аккумулятор должен быть исправен и хорошо заряжен, чтобы позволить стартеру вращать коленвал с требуемой скоростью, так как от этого тоже зависит точность измерений.

Чтобы учесть все особенности вашего автомобиля при выполнении работ, неплохо обзавестись руководством по ремонту и внимательно изучить его.

Когда все готово для выполнения работы, вы, или ваш помощник нажимает педаль газа «в пол», чтобы полностью открыть дроссельную заслонку, обеспечивая наилучшее наполнение цилиндра воздухом, и несколько секунд проворачивает двигатель с помощью стартера.

Разумеется, наконечник компрессометра в это время плотно прижат к свечному отверстию.

Измерение считается выполненным, когда показания прибора перестают возрастать.

Для перехода к следующему измерению прибор имеет кнопку сброса давления.

Во время измерений все свечи должны быть вывернуты. При необходимости используется переходник

Сложность измерения компрессии дизеля в том, что давление в нём намного выше, и прижимной компрессометр тут не подойдёт.

Поскольку свечей зажигания в дизельном двигателе нет, то выворачивать нужно калильные свечи, или форсунки.

Для этого можно заранее обзавестись соответствующим инструментом, а компрессометр должен иметь наконечник или переходник с подходящей для вашего двигателя резьбой.

Грубую проверку компрессии можно выполнить, даже не имея прибора. В этом случае функцию прижимного наконечника выполняет ваш собственный палец. Так можно сравнить компрессию в разных цилиндрах, и обнаружить среди них «больные».

Диагностируем неисправности

Выполнив измерения во всех цилиндрах, следует обратить внимание на два момента.

Первый — это соответствие измеренной компрессии минимально допустимой величине.

Она определяется разработчиками двигателя и указана в руководстве по ремонту.

Второй — это разница в значениях компрессии в разных цилиндрах одного двигателя.

Как правило, она не должна превышать 20% от номинального значения.

Если вы обнаружили, что давление в каком-то из цилиндров ниже нормы, впрысните в него из ручной маслёнки три порции масла.

Не впрыскивайте больше трёх порций масла, так как его излишки могут привести к образованию гидростатической пробки, что может послужить причиной поломки колец, поршня или даже привести к трещине в головке блока.

Масло уплотнит зазор между кольцами и цилиндром, и если причина низкой компрессии была в этом зазоре, то при такой «влажной» проверке компрессия должна существенно вырасти.

Тогда проверяйте состояние колец, и в случае повреждения или «залегания» одного из них — замените.

Если так себя ведёт компрессия во всех цилиндрах, то, вероятно, пришло время серьёзного ремонта с расточкой цилиндров и установкой колец следующего ремонтного размера.

Простая замена колец на новые — мера не столь эффективная, как расточка цилиндра в следующий ремонтный размер, так как в процессе работы давление на стенки цилиндра распределяется по окружности неравномерно, и по мере износа окружность его приобретает некоторую овальность.

На сходном с масляным клином эффекте уплотнения зазоров построено действие присадок, повышающих компрессию.

Это самый простой способ в какой-то степени восстановить былую резвость двигателя.

Только при этом нужно помнить, что действие их довольно кратковременно, а повторное применение такого эффекта уже не имеет.

Поэтому этот способ часто применяется перед продажей автомобиля, чтобы не тратиться на дорогостоящий ремонт двигателя.

Если же после впрыскивания масла в цилиндр компрессия изменилась незначительно, то, скорее всего, причина её падения в неисправностях клапанной группы или в пробитой прокладке головки блока цилиндров.

Из всего сказанного следует ещё один вывод: низкая, но примерно равная во всех цилиндрах, компрессия свидетельствует о естественном износе деталей двигателя, а вот резко отличающееся падение её в одном или нескольких цилиндрах — о неисправности.

Иногда повреждение или износ масляного кольца может привести к росту компрессии выше значений, установленных для нового двигателя.

Это происходит из-за того, что изношенное кольцо не удаляет излишки масла со стенок цилиндра, и оно уплотняет зазор между цилиндром и компрессионными кольцами, а затем, во время рабочего хода поршня, масло выгорает, образуя нагар на головке блока.

Если этот процесс продолжается долгое время, то слой нагара становится столь существенным, что приводит к уменьшению объёма камеры сгорания, а значит, к росту компрессии.

Это явление опасно возникновением детонации двигателя. А также оно приводит к повышенному расходу масла.

Видео: измеряем компрессию правильно

Компрессия — важный показатель здоровья двигателя. Если она в норме, то можно с уверенностью говорить об исправности основных его деталей: головки цилиндра, цилиндров, поршней, поршневых колец и клапанной группы.

Если же измеренные значения компрессии отличаются от допустимых изготовителем двигателя значений, то это повод для скорейшего выяснения и устранения причины неисправности.

Способы проверки компрессии, причины низкой компрессии. Ремонт мотора или его замена?

Компрессией называют величину максимального давления в цилиндре, создаваемого при холостой прокрутке двигателя стартером (например, при отключении свечи зажигания). Компрессию двигателя не стоит путать со степенью сжатия, т.к. это разные понятия.

Компрессия – силовое воздействие на газообразное тело, приводящее к уменьшению занимаемого им объема, а также к повышению давления и температуры. В широком смысле слова компрессия — это величина давления, которое создаётся в цилиндре в конце такта сжатия.

При диагностике неисправностей связанных с перебоями в работе двигателя первым делом необходимо замерить компрессию. Это даст правильное направление для дальнейшего поиска неисправности. Можно сколько угодно улучшать зажигание и подачу топлива, но если цилиндр не достаточно герметичен, то нормально работать он не будет. Своевременный замер компрессии может выявить на ранних стадиях разгерметизацию цилиндров, таким образом сэкономить деньги на ремонте и время в поиске неисправности.

Особенно требовательны к компрессии дизельные двигатели, так как в них воспламенение топлива происходит без использования свечи зажигания. В таком двигателе в разогретый от сжатия в цилиндре воздух (до температуры, превышающей температуру воспламенения топлива) через форсунку впрыскивается порция топлива. Как следствие если нет достойной компрессии, то и не будет условий для воспламенения дизельного топлива. В процессе впрыскивания топливной смеси происходит его распыливание, а затем вокруг отдельных капель топливной смеси возникают очаги сгорания, по мере впрыскивания топливная смесь сгорает в виде факела. Так как дизельные двигатели не подвержены явлению детонации, характерному для двигателей с принудительным воспламенением, в них допустимо использование более высоких степеней сжатия (до 26), что, в сочетании с длительным горением, обеспечивающим постоянное давление рабочего процесса, благотворно сказывается на КПД данного типа двигателей, который может превышать 50%.

Читайте также  Можно ли заливать антифриз на горячий двигатель?

Как правильно замерить компрессию

Чтобы измерить компрессию, необходимо вместо свечи (зажигания или накала) установить компрессометр. Этот прибор представляет собой манометр, соединенный шлангом со штуцером и обратным клапаном. При вращении коленчатого вала двигателя в шланг нагнетается воздух до тех пор, пока давление в шланге не сравняется с максимальным давлением в цилиндре. Его значение зафиксирует манометр.

При измерениях компрессии надо соблюдать важные правила. Во-первых, двигатель должен быть «теплым». Подача топлива должна быть отключена. Можно, например, отключить бензонасос, форсунки или использовать другие способы, препятствующие попаданию большого количества топлива в цилиндры. Во-вторых, необходимо вывернуть все свечи. Выборочный демонтаж свечей, практикуемый на некоторых СТО, недопустим, так как увеличивает сопротивление вращению и произвольно снижает обороты при прокрутке двигателя стартером. В-третьих, аккумуляторная батарея должна быть полностью заряжена, а стартер – исправен.

Компрессию измеряют как с открытой, так и с закрытой дроссельной заслонкой. При этом каждый из способов дает свои результаты и позволяет определять свои дефекты. Так, когда заслонка закрыта, в цилиндры, очевидно, поступит мало воздуха, поэтому компрессия будет низкой и составит около 0,6-0,8 МПа. Утечки воздуха в этом случае сравнимы с его поступлением в цилиндр. Вследствие этого компрессия становится особо чувствительной к утечкам – даже при малых неплотностях ее значение падает в несколько раз.

При измерении компрессии с открытой заслонкой картина будет иной. Большое количество поступившего воздуха и рост давления в цилиндре, конечно, способствуют увеличению утечек. Однако они заведомо меньше подачи воздуха. Вследствие этого компрессия падает не столь значительно (приблизительно до 0,8-0,9). Поэтому замер компрессии с открытой заслонкой лучше подходит для определения более «грубых» дефектов двигателя, таких как: поломки поршней, закоксовывание колец, прогары клапанов, задиры поверхности цилиндров.

В обоих способах измерения желательно учитывать динамику нарастания давления – это поможет установить истинный характер неисправности с большей вероятностью. Так, если на первом такте величина давления, измеряемая компрессометром, низкая (0,3-0,4), а при последующих тактах резко возрастает, — это косвенно свидетельствует об износе поршневых колец. В таком случае заливка в цилиндр небольшого количества масла сразу увеличит не только давление на первом такте, но и компрессию.

Самым распространенным прибором для проверки компрессии является упомянутый выше компрессометр. В отличие от незамысловатых отечественных конструкций иностранные фирмы выпускают целые наборы с комплектом переходников (адаптеров), позволяющих проводить измерения на автомобилях любых марок и моделей.

Быстро и эффективно измеряют компрессию современные мотор тестеры. Эти приборы фиксируют фактически не давление, а амплитуду пульсации электрического тока, потребляемого стартером во время прокрутки. Ведь чем выше давление в цилиндре, тем больше затраты мощности стартера на вращение коленвала. Тем самым удается одновременно измерить компрессию во всех цилиндрах всего за несколько оборотов, не прибегая к выворачиванию свечей, что особенно важно для многоцилиндровых двигателей.

Недостаток измерения мотор-тестером заключается в том, что получаемые результаты выражаются в относительных единицах, например, в процентах к цилиндру, работающему лучше. Лишь самые дорогие мотортестеры способны измерять абсолютную величину компрессии в каждом цилиндре, но это возможно только на основе большого числа статистических данных по конкретной модели двигателя и их сопоставления с действительным давлением в цилиндре.

Основное правило, которое следует помнить: в большинстве случаев результаты замеров компрессии являются относительными. Это значит, что в первую очередь необходимо опираться на разницу в значениях компрессии у различных цилиндров, а не на саму ее абсолютную величину.

Поиск причин низкой компрессии

Если было обнаружено снижение компрессии в одном из цилиндров, следующим этапом необходимо выявить причины этой неисправности. Вообще причин снижения компрессии две – утечки могут происходить либо через компрессионные кольца, либо через клапана и их седла. Чтобы проверить, кто именно виноват, необходимо залить немного моторного масла в «слабый» цилиндр (через свечной канал) и повторить замер компрессии. Секрет в том, что добавленное моторное масло уменьшит зазор в паре поршень-цилиндр (при работе исправной цилиндропоршневой группы (ЦПГ) этот зазор герметизируется кольцами) и компрессия вырастет. Конечно, в двигателе с непосредственным впрыском стоит обратить внимание на то, что в поршне имеется выемка и часть масла будет оседать в ней (т.е. масла надо налить столько, чтоб наполнить эту выемку до краёв и чуть перелить). Если после добавления масла в цилиндр компрессия осталась прежней, значит необходимо ремонтировать клапана (притирать и т.д.).

Если компрессия поднялась (при замере с маслом), значит, виноваты кольца в этом цилиндре. Дальше два пути – либо разбор двигателя, либо раскоксовка и промывка масляной системы. Разумеется, сначала стоит попробовать сделать раскоксовку. И если не поможет тогда ремонт. Однако если раскоксовка помогла в дальнейшем стоит усилить наблюдение за этим цилиндром и планировать замену колец.

Все причины низкой компрессии

Если вы столкнулись с потерей компрессии или ее просадкой в одном из цилиндров, точную причину стоит искать следующим образом.

Сверху за герметичность камеры сгорания отвечают клапана, но снижение компрессии может быть не только из-за утечек в паре тарелка клапана/седло клапана. Отложения смолистых веществ на клапанах могут снижать площадь впускного канала (дополнительное сопротивление впуску), или даже препятствовать полному закрытию клапана. Появление отложений на клапане и нарушение его прилегания к седлу приводят к ухудшению теплоотвода (тепло от клапана рассеивается через седло, к которому он прилегает) и, в последствии, к прогоранию клапана. Но клапан может прогореть еще и из-за уменьшения теплового зазора: в этом случае при прогреве двигателя клапан перестанет нормально прилегать к седлу. Образовавшаяся кольцевая щель между тарелкой клапана и его седлом снижает компрессию. Через эту щель прорываются раскаленные газы и сжигают тонкую кромку тарелки, что еще больше снижает компрессию. Двигатель теряет мощность, а тарелка клапана сгорает.

Неправильно выставленные фазы газораспределения могут быть причиной снижения компрессии вследствие несвоевременного открытия/закрытия клапанов. Эта проблема влияет на все цилиндры одинаково, т.е. на перепадов компрессии между цилиндрами не будет обнаружено.

Некоторые современные двигатели регулируют подачу воздух в цилиндры не привычной для нас дроссельной заслонкой, а высотой/фазами подъема впускных клапанов (Valvetronic у BMW, MultiAir у Fiat и проч.). Теоретически при неисправностях системы регулировки подъемов клапанов компрессия так же может снижаться, т.к. подъем клапанов при замере может быть не полным. Влияние этой неисправности на все цилиндры будет одинаково, если неисправность постоянная. Однако если неисправность носит плавающий характер, замер компрессии будет показывать каждый раз новые данные, и судить о неисправности конкретного цилиндра по компрессии в этом случае опрометчиво. Причиной могут быть как неисправность управления электроклапаном регулирования фаз газораспределения выпускных клапанов, так и сбои датчика.

Снизу за герметичность камеры сгорания отвечают элементы цилиндропоршневой группы. К снижению компрессии приводит износ и как следствие увеличение зазоров в ЦПГ, что также сопровождается увеличенным пропуском газов в картер. Такие же последствия дает изменение геометрии (деформация поршня или цилиндра) по причине перегрева двигателя, залегание колец, задиры на зеркале цилиндра, сломанное компрессионное кольцо. Прогоревший поршень в первую очередь проявляет себя посторонними шумами при работе двигателя, и лишь затем снижением компрессии в цилиндре.

Отдельно выделим прогар прокладки головки блока цилиндров. Эту неисправность можно дополнительно проверить, создав давление в цилиндре при закрытых клапанах (допустим компрессором), и понаблюдав за появлением пузырьков в расширительном бачке системы охлаждения, либо услышав шум в соседнем цилиндре.

Ремонт мотора или замена на контрактный?

Вообще любые неисправности, которые привели к снижению компрессии в цилиндрах двигателя, устранимы. Если проблема кроется в клапанах/ГБЦ, то ремонт и восстановление обойдется в 300-600 рублей. Гильзовка одного цилиндра обойдется в 80-120 рублей. Если были повреждены поршни, то необходимо заменить их. Цена вопроса сильно варьируется от мотора и производителя поршней. Например, на сильно страдающие «масложором» моторы TFSI поршень Kolbenschmidt стоит около 200 рублей, а оригинал – 650 рублей за штуку (эти поршни идут в сборе со всеми кольцами).

К этим суммам следует добавить расходы на снятие и установку мотора, его разборку и сборку. В итоге получается, что капремонт популярного с точки зрения проблем по ЦПГ мотора 2-литрового TFSI/TSI обойдется в сумму порядка 3600 рублей. Это если менять все четыре поршня. Контрактный двигатель стоит от 2500 до 3000 рублей (плюса работа по замене, а также расходники – 1000 рублей). В этом случае – а мы говорим о моторах TFSI/TSI – многие люди идут на капремонт, в процессе которого устанавливают модернизированные поршни, с которыми проблема «масложора» исчезает.

Также на капремонт с гильзовкой блока идут владельцы автомобилей, чьи моторы хронически страдают износом ЦПГ: появлением задиров на стенках цилиндров. Это касается многих бензиновых моторов BMW, Mercedes (и упомянутых выше моторов Audi/VW), а также широко распространенного двигателя G4KD/4B11 (Kia, Hyundai, Mitsubishi), которого разборках практически не предлагают. Тут целесообразно решить проблему раз и навсегда.

Если проблема с компрессией связана с износом ГБЦ, то также можно смело рассматривать вариант с ее восстановлением. Работа обойдется, как мы упоминали, в 300-600 рублей плюс порядка 200-400 рублей за ее снятие и установку с заменой прокладки.

В большом количестве других случаев, если к снижению компрессии привела случайность, ошибки в обслуживании или огромный пробег, можно смело рассматривать вариант с заменой мотора на контрактный. Моторы, не пользующиеся большим спросом, обойдутся в 1000 – 2000 рублей, плюс порядка 600 – 1000 рублей на снятие и установку с заменой масла и необходимых расходников.